淺析常用模具表面強化處理技術(shù)

龍海玲++唐世儉

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.052

摘 要：現(xiàn)代模具工業(yè)有“不衰亡工業(yè)”之稱，模具設(shè)計與制造技術(shù)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)效益和新型產(chǎn)品的開發(fā)能力，而模具的工作環(huán)境直接影響其使用壽命。除合理選擇模具材料、制定正確的制造加工方法以外，需對模具零部件采取相應(yīng)的表面強化處理技術(shù)，提高模具質(zhì)量，延長其服務(wù)年限。

關(guān)鍵詞：模具 模具壽命 表面強化處理技術(shù) 熱處理方法

中圖分類號：TG162.4 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）04（b）-0052-02

模具作為一種高效率、高精度的生產(chǎn)工具，廣泛用于電子、機械、農(nóng)業(yè)、化工等各個行業(yè)。模具的工作條件惡劣，在使用過程中常承受著各種各樣的力的作用，常因磨損、腐蝕、斷裂等形式而報廢失效，而模具的失效一般都是由表面磨損開始的，模具失效將直接影響到成型產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益等。模具質(zhì)量決定一切，那么正確制定制造加工方法、合理選擇模具材料及熱處理方法，對模具零部件進行相應(yīng)的表面強化處理，延緩模具材料的表面破壞將有效提高模具質(zhì)量，延長模具的使用壽命，促使產(chǎn)業(yè)利益最大化。

1 模具表面強化處理

模具表面處理的目的是使模具基體材料表面獲得原本沒有的性能，或者是進一步提高模具原本具備的性能，這些性能主要是指模具材料表面的耐磨性、抗氧化性、抗咬合性、抗沖擊性、抗熱粘附性、抗冷熱疲勞性及抗腐蝕性等。

模具強化處理歸納總結(jié)為化學(xué)熱處理強化、表面熱處理強化、表面鍍覆強化、高能束表面強化技術(shù)（高密度能表面強化）、模具鋼的預(yù)硬化技術(shù)等五種強化技術(shù)。

2 化學(xué)熱處理強化

模具化學(xué)熱處理強化是將模具加熱到一定的溫度與特定的活性介質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，使一種或幾種元素滲入模具材料表層，從而改變模具材料表層的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。

模具的化學(xué)熱處理方法可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼和滲金屬等。（見表1）

化學(xué)熱處理強化，活性原子滲入工件表層都是由以下三個基本過程組成的。

（1）分解——由化學(xué)介質(zhì)分解出能滲入工件表層的活性原子。

（2）吸收—— 工件表面吸收活性原子。

（3）擴散——被工件吸收，在一定的溫度下，由表面向內(nèi)部擴散，形成一定厚度的擴散層。

化學(xué)熱處理強化應(yīng)根據(jù)模具零件的性能要求及工藝的易行性與經(jīng)濟指標(biāo)，綜合衡量后合理地選用熱處理方法。

例如：

滲碳與滲氮都可提高零件的耐磨性，滲碳處理是在900 ℃～1 000 ℃的高溫下進行，在較短時間內(nèi)（約6～10 h）即可獲得較深的滲層，故一般要求硬化層較深（約0.9～2.5 mm）的耐磨零件多采用滲碳處理，既可滿足性能要求，又較經(jīng)濟。對尺寸要求嚴格的零部件，可選擇滲氮處理在低溫（500 ℃～600 ℃）進行，這樣可保證零件尺寸精度，但滲氮層增厚緩慢，滲氮時間常需十幾個小時甚至幾十個小時，相對而言費時太多較不經(jīng)濟。

3 表面熱處理強化

模具的表面熱處理強化是指對模具表面進行熱處理，以提高模具的耐腐蝕性、硬度和耐磨性，達到強化模具表面性能的目的，主要指進行氣相沉積。

氣相沉積是指將含有形成沉積元素的氣相物質(zhì)輸送到工件表面，在工件表面形成沉積層的工藝方法。通常是在工件表面覆蓋一層厚度為0.5～10 ?m的過渡族元素（如Ti、V、Cr、W、Mo、Nb等）與C、N、O、B等元素形成的化合物層。按形成的原理一般可分為化學(xué)氣相沉積（CVD法）和物理氣相沉積（PVD法），而物理氣相沉積又可分為真空鍍覆、陰極濺射和離子鍍等三種方法。

例如：

（1）用H13鋼制造鋁型材擠壓模具，經(jīng)鹽浴滲鉻后，在其表面形成5～6 ?m的碳化鉻層，與滲氮相比模具壽命提高50%以上鋁型材表面的粗糙度也較滲氮低。

（2）T8A鋼材質(zhì)拉深模，經(jīng)常溫處理后，每拉深100～200件需修模一次，經(jīng)滲鉻處理后，可拉深1 000件以上。

4 表面鍍覆強化

模具的表面鍍覆強化是指在目錄表面覆蓋一層單一金屬及非金屬化合物層，改變模具表層的化學(xué)成分，提高模具的耐腐蝕性、硬度和耐磨性，以達到強化模具表面性能的目的。表面鍍覆強化主要分為電鍍、電刷鍍、化學(xué)鍍等三種。

金屬經(jīng)過電鍍后，可改變其外觀，具有優(yōu)良的耐腐蝕性和耐磨性；而電刷鍍是電鍍的一種特殊形式，又稱無槽鍍或涂鍍；化學(xué)鍍可以獲得單一金屬鍍層、合金鍍層和復(fù)合鍍層，在模具中應(yīng)用較多的是鍍鎳及其合金?；瘜W(xué)鍍與電鍍、電刷鍍相比具有均鍍能力和深度能力好，具有良好的仿型性，非常適合形狀復(fù)雜的模具成型零部件，并且沉積厚度可控，鍍層致密與基體結(jié)合良好，已在沖壓模具、塑料模具等多種模具是得到應(yīng)用。

例如：

（1）以3Cr2W8V鋼為材料的連桿蓋熱鍛模，利用電刷鍍技術(shù)可顯著提高模具壽命，電鍍層還具有良好的紅硬性、耐磨性和抗氧化能力。

（2）以Cr12MoV鋼為材料的拉深模，經(jīng)化學(xué)鍍Ni-P處理后鍍層硬度為60～64 HRC，具有優(yōu)良的耐磨性，高的硬度和小的摩擦系數(shù)，使用壽命從2萬次提高到9萬次。

（3）以45鋼為材料的拉深模，經(jīng)化學(xué)鍍10 ?m厚的鎳-磷鍍層后，模具表面硬度達到1 000 HV以上，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，是模具壽命延長了10倍。

5 高能束表面強化技術(shù)（高密度能表面強化）

作為一種新興熱處理技術(shù)，高能束表面強化技術(shù)是以極大密度的能量瞬時供給模具表面，使其發(fā)生相應(yīng)硬化、融化后快速凝固和表面合金化效果的熱處理技術(shù)。

高能束熱源通常是激光、電子束、離子束等，具有加熱速度快，工件變形小，不需冷卻介質(zhì)，可控性能好，便于實現(xiàn)自動化處理等特點。

例如：

國內(nèi)常采用激光表面相變硬化、小尺寸電子束和中等功率的離子注入來提高模具的表面硬度，已被用于鋼和鑄鐵的表面硬化，提高其抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕性能。

6 模具鋼的預(yù)硬化處理技術(shù)

模具鋼的預(yù)硬化處理技術(shù)也是一種新興熱處理技術(shù)，是指在模具機械加工前機械預(yù)熱處理，使之達到使用時的硬度（25～50 HRC），然后把模具加工成形而不再進行熱處理，從而保證精密、復(fù)雜模具精度的處理技術(shù)。

采用預(yù)硬化模具材料，可以簡化模具的制造工藝，縮短模具的制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高模具的制造精度。

或許我們可以預(yù)見，隨著加工技術(shù)的進步，預(yù)硬化模具材料會用于越來越多的模具中，這將是一個更為廣闊的發(fā)展空間。

7 結(jié)語

我國的模具壽命還不夠長，我們常見的模具損壞有一半左右是由于熱處理不到位所造成的，所以為了延長模具使用壽命，我們需嚴格進行熱處理把關(guān)。

模具表面強化處理的方法還有很多，我們要結(jié)合各種模具的工作條件及其使用的經(jīng)濟性等因素綜合考慮。通過合適的表面強化技術(shù)來改變模具表層的成份和組織，使零件具有“內(nèi)韌外硬”——內(nèi)部韌、表面硬、耐磨、耐熱、耐蝕、抗疲勞、抗粘結(jié)的優(yōu)異性能，可幾倍乃至幾十倍地提高模具使用壽命。

參考文獻

[1] 勞動和社會保障部教材辦公室組織編寫.模具材料與熱處理[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2015.

[2] 張清輝.模具材料及表面處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

[3] 楊裕雄.國外模具表面處理技術(shù)概況[J].模具工業(yè)，1994（8）：2-7.